﻿
/* 注：这是map_set 模拟实现   这里面的内容对比红黑树中的要更改一些  */

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

enum Color
{
	RED,
	BLACK
};

//Key-Value 结构    RBTreeNode 节点结构


//template<class K,class V>             //更改一：这里的class K，class V  更改为 class T
template<class T>
struct RBTreeNode
{
	//pair<K, V> _kv;                     //更改二：pair<K,V> _kv   更改为 T _data 
	T _data;     //这个_data 可以是  key 也可以是  key_value的pair      相当于实现一个泛型 
	
	//更改三：里面的内容  更改为RBTreeNode<T>*  
		//RBTreeNode<K,V>* _left;
		//RBTreeNode<K, V>* _right;
		//RBTreeNode<K, V>* _parent;
	RBTreeNode<T>* _left;
	RBTreeNode<T>* _right;
	RBTreeNode<T>* _parent;
	Color _col;

	//更改四：参数从写死的更改为泛型
		//参数传的是const pair<K,V>& kv
		//RBTreeNode(const pair<K, V>& kv)
			//:_kv(kv),
			//	_left(nullptr),
			//	_right(nullptr),
			//	_parent(nullptr)
			//{}
	RBTreeNode(const T& data)
		:_data(data),
		_left(nullptr),
		_right(nullptr),
		_parent(nullptr)
	{}
};


//迭代器实现
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;
	typedef RBTreeIterator<T,Ref,Ptr> Self;

	Node* _node;

	Node* _root;    //树的根节点   加上是为了跟库中保持一致   

	RBTreeIterator(Node* node,Node* root)
		:_node(node),
		_root(root)
	{}
	
	//前置 ++
	Self& operator++()
	{
		//如果右不为空(下一个访问的节点是右子树的最左（最小）节点)   找最小的节点   最左节点
		if (_node->_right)
		{
			Node* min = _node->_right;
			while (min->_left)
			{
				min = min->_left;
			}
			_node = min;
		}

		else
		{
			//右为空   祖先里面孩子是父亲左的那个祖先
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent && cur == parent->_right)
			{
				cur = parent;
				parent = cur ->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}

	//前置 -- （右根左）  倒着走     找祖先孩子是父亲右的那个祖先
	Self& operator--()
	{
		//为了匹配库中   header节点 
		if (_node == nullptr)     //加上判断是空的时候    应为 _node == nullptr
		{
			//加上这个end的特殊处理   走到中序最后一个节点   整棵树的最右节点  --end()
			Node* rightMost = _root;
			while (rightMost && rightMost->_right)
			{
				rightMost = rightMost->_right;
			}
			_node = rightMost;     //这样下面的迭代器返回return的时候就需要传    cur和_root两个返回值了
		}

		else if (_node->_left) 
		{
			Node* rightMost = _node->_left;
			while (rightMost->_right)
			{
				rightMost = rightMost->_right;
			}
			_node = rightMost;
		}
		else 
		{
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent && cur == parent->_left) 
			{
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}


	Ref operator* ()
	{
		return _node->_data;   //返回数据
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;   //返回指针
	}

	bool operator!=(const Self& s) const
	{
		return _node != s._node;    //迭代器比较是比较迭代器的指针
	}

	bool operator==(const Self& s) const
	{
		return _node == s._node;
	}

};


//更改点:template<class K,class V>  ----> template<class K,class T>
	//template<class K,class V>
//作下面情况比较的适配   加一个模板参数(仿函数)
template<class K,class T,class KeyOfT>    //用T来决定具体存什么
struct RBTree
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
	typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;
	typedef RBTreeIterator<T,const T&,const T*> ConstIterator;     //这里面的参数都要修改为T

	//Begin返回最左节点
	Iterator Begin()
	{
		Node* cur = _root;
		while (cur && cur->_left)
		{
			cur = cur->_left;
		}
		return Iterator(cur,_root);
	}

	ConstIterator Begin() const
	{
		Node* cur = _root;
		while (cur && cur->_left)
		{
			cur = cur->_left;
		}
		return ConstIterator(cur,_root);
	}

	//End返回的是
	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr,_root);   //用空作end
	}

	ConstIterator End() const
	{
		return ConstIterator(nullptr,_root);
	}

	RBTree() = default;
	
	~RBTree()
	{
		Destroy(_root);
		_root = nullptr;
	}

		//更改点：把写死的 pair<K,V>  类型给改为 T类型
		//bool Insert(const pair<K, V>& kv)
	//bool Insert(const T& data)
	//{
	////如果是空树就直接赋值节点   并把根节点的颜色置为黑
	//	if (_root == nullptr)
	//	{
	//		_root = new Node(data);
	//		_root->_col = BLACK;
	//		return true;
	//	}


	/* 为实现operator[]   上面的返回pair类型  */
	pair < Iterator, bool > Insert(const T& data)
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(data);
			_root->_col = BLACK;

			//return pair<Iterator, bool>(Iterator(_root,_root),true);
			return { Iterator(_root,_root),true };    //这个是隐式类型转换  多参数花括号括起来支持隐式类型转换
		}//构造Iterator需要两个值   一个当前节点   一个是根节点指针，这里的两个都是根节点指针

		//修改点：添加一个KeyOfT
		KeyOfT kot;    //用KeyOfT进行包装下面的data比较

		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
				//更改点   kv.first ---> data
				//if (cur->_kv.first < kv.first)
			if(kot(cur->_data) < kot(data))     //因为KeyOfT 能把 data 给取出来   set返回key   map返回pair的first
			//data 可以为key也可以是key_value    pair支持比较一个小就小  first和second都支持比较
			{
	
/*                   注！意！  因为比较的时候无法适配  就需要在模版处 再加一个模板参数(仿函数)                    */
	
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}

			else if (kot(cur->_data) > kot(data) )
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}

			else
			{
				//return false;

				//实现operator[]    插入失败   返回
				return { Iterator(cur,_root),false };    //返回的是跟他值相等的节点
			}
		}

		cur = new Node(data);

		//用新节点进行存储   防止cur会双红的时候继续向上存储                 更改点
		Node* newnode = cur;

		//新增节点   颜色给红色
		cur->_col = RED;
		if (kot(parent->_data) < kot(data))
		{
			parent->_right = cur;
		}
		else
		{
			parent->_left = cur;
		}
	
		//对父亲进行链接
		cur->_parent = parent;


		//只有当父亲节点parent不为空   并且parent的颜色为红才进循环进行处理
		while (parent && parent->_col == RED) 
		{
			//对于这个循环   如果父亲是黑直接返回    只有当父亲是红才进行循环(出现了连续的红色节点)
			Node* grandfather = parent->_parent;
			//确定叔叔
		//情况一   
			if (parent == grandfather ->_left)
			{
				Node* uncle = grandfather->_right;
				//条件   这是小情况1  叔叔存在并且叔叔的颜色是红色
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
				 // 只变色
				 //      g
				 //  p       u
					//变色步骤 
					//只需要变色然后往上面处理
					//把父亲和叔叔的颜色转黑
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					//然后继续往上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}

			   //条件     这是小情况2   叔叔存在但是叔叔
				else
				{
				
					if (cur == parent->_left)
					{
					 // 单旋+变色
					 //       g
					 //   p       u
				     //c
						//进行对爷爷的位置  右单旋
						RotateR(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
					// 双旋+变色
					//       g
					//   p       u
					//		c
						RotateL(parent);
						RotateR(grandfather);
						cur->_col = BLACK;   //cur变为了根
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}

		//情况二
			//     g
			// u       p
			else
			{
				Node* uncle = grandfather->_left;
				//叔叔存在且为红    进行变色
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					//变色
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;
				
					//继续往上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				else  
				{
					//叔叔不存在   或者存在且为黑
					// 单旋+变色
					//        g
					//     u     p
					//				c
					if (cur == parent->_right)
					{
						RotateL(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						//      g
						//  u       p
						//       c  
						RotateR(parent);
						RotateL(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
		}
		//防止根节点不是黑色   在这进行额外处理一下  确保结束一定是黑为根
		_root->_col = BLACK;
		
		//return true;
		//这里也要修改   返回的迭代器要的是新节点    但是新节点不能用cur    cur可能会向上接着更新   上面用一个新节点记下
		
		return { Iterator(newnode,_root),true };
		//修改之后Myset文件中insert也需要跟着修改

	}


	void RotateR(Node* parent)
	{
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;
		// 需要注意除了要修改孩子指针指向，还要修改父亲 
		parent->_left = subLR;
		if (subLR)
			subLR->_parent = parent;
		Node* parentParent = parent->_parent;
		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;

		// parent有可能是整棵树的根，也可能是局部的子树 
		// 如果是整棵树的根，要修改_root 
		// 如果是局部的指针要跟上一层链接 
		if (parentParent == nullptr)
		{
			_root = subL;
			subL->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (parent == parentParent->_left)
			{
				parentParent->_left = subL;
			}
			else
			{
				parentParent->_right = subL;
			}
			subL->_parent = parentParent;
		}
	}


	void RotateL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;
		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
			subRL->_parent = parent;
		Node* parentParent = parent->_parent;
		subR->_left = parent;
		parent->_parent = subR;

		if (parentParent == nullptr)
		{
			_root = subR;
			subR->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (parent == parentParent->_left)
			{
				parentParent->_left = subR;
			}
			else
			{
				parentParent->_right = subR;
			}
			subR->_parent = parentParent;
		}
	}


	//检查树节点是否是正确的格式
	bool Check(Node* root, int blackNum, const int refNum)
	{
		if (root == nullptr)
		{
			//前序遍历走到空时   意味着一条路径走完
			//cout<<blackNum<<endl;
			if (refNum != blackNum)
			{
				cout << "存在黑色节点的数量不等的路径" << endl;
				return false;
			}
			return true;
		}

		//检查孩子不方便  因为孩子有两个且不一定存在  所以反过来检查父亲
		if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
		{
			cout << root->_kv.first << "存在连续的红色节点" << endl;
			return false;
		}
		if (root->_col == BLACK)
		{
			++blackNum;
		}
		return Check(root->_left, blackNum, refNum) && Check(root->_right, blackNum, refNum);
	}


	//检查是否是平衡树
	bool IsBalanceTree()
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			return true;
		}

		if (_root->_col == RED)
		{
			return false;
		}

		//參考值
		int refNum = 0;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (cur->_col == BLACK)
			{
				++refNum;
			}
			cur = cur->_left;
		}
		return Check(_root, 0, refNum);
	}


	//红黑树的搜素
	Node* Find(const K& key)
	{
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (cur->_kv.first < key)
			{
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_kv.first > key)
			{
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return cur;
			}
		}
		return nullptr;
	}


	//中序遍历
	void InOrder()
	{
		_InOrder(_root);
		cout << endl;
	}

private:
	void _InOrder(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
		{
			return;
		}
		_InOrder(root->_left);
		cout << root->_kv.first << " : " << root->_kv.second << endl;
		_InOrder(root->_right);
	}

	void Destroy(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return;
		Destroy(root->_left);
		Destroy(root->_right);
		delete root;
	}

private:
	Node* _root = nullptr;
};